2. Notiuni generale despre retele de calculatoare

GNS3

Cuprins

1. Introducere

2. Notiuni generale despre retele de calculatoare

2.1. Tipuri de retele

2.2 Importanta retelelor de calculatoare si larga lor utilizare

2.3 Echipamente folosite in retelele de calculatoare

2.4 Switchuri si routere Cisco

3. Modelarea, simularea si emularea retelelor de calculatoare

3.1 Modelarea unei retele de calculatoare

3.2 Simularea unei retele de calculatoare

3.3 Emularea unei retele de calculatoare

3.4 Emulare versus simulare

3.5 Importanta modelarii, simularii si emularii retelelor de calculatoare

3.6 Programe si aplicatii de simulat retele de calculatoare (Packet Tracer si GNS3)

3.7Comparatie intre softuri CISCO (Packet Tracer si GNS3)

4.Realizarea practica a unui model de retea utilizand software-ul GNS 3

4.1 Notiuni generale despre GNS3

4.2 Instalarea soft-ului GNS3 si a programelor si tool-urilor aditionale

4.3 Rularea aplicatiei GNS3 si detalierea functiilor programului

4.4 Realizarea retelei, configurarea, modelarea si simularea ei in GNS3

4.5 Realizarea retelei, configurarea, modelarea si simularea ei in Packet Tracer

5.Consideratii finale

2. Notiuni generale despre retelele de calculatoare

O retea PC reprezinta o suma de computere independete inter-conectate printr-un mediu de retea comun.

Orice retea include

– minim 2 computere.

– un Network Interface Card (NIC)

– un mediu care sa asigure conectivitatea precum: fire, cabluri dar si echipamente wireless

– un sistem de operare al retelelor (Microsoft NT, Unix, Linux)

2.1 Tipuri de retele de calculatoare:

a. Retelele peer sau peer-to-peer: mai sunt denumite si grupuri de lucruri (workgroups). Acestea au un numar limitat de personae. O retea peer-to-peer este formata din maxim 10 persoane

b. Retele bazate pe server (client/server):

Un server dedicat este un calculator care functioneaza doar ca server. Calculatorul central (serverul) poate fi un calculator obisnuit pe care este instalat un sistem de operare pentru

retea: NetWare, Unix, Linux, OS/2, WindowsNT/2000/Server 2003/2008.

Acest calculator central controleaza toate resursele comune (unitati de discuri, imprimante, scanere, modemuri, fisiere, etc), asigura securitatea datelor si sistemului, realizeaza comunicatii intre statiile de lucru.

Statia de lucru are in component o placa de retea (Network Interface Card ) care realizeaza interfata cu reteaua.

Retelele LAN si WAN

Retele LAN (Local Area Network) – utilizata pentru comunicarea intre computere aflate in cladiri de birouri sau cu folosinta domestica

Acestea sunt caracterizate prin transferuri de mare viteza, zona limitata geografic, costuri relativ restranse. ;

Retele WAN (Wide Area Network) – utilizata in cazul acoperirii zonelor geografice extinse. Acestea se caracterizeaza prin: conexiuni LAN multiple, tehnologie ce prespune costuri ridicate, implementare mai sofisticata decat in cazul retelelor LAN si risc crescut de erori datorita distantelor pe care le parcurg datele

Arhitectura unei retele poate fi : arhitectura de tip BUS, arhitectura de tip STAR , arhitectura de tip inel, arhitectura de tip arbore, mesh si arhitectura fully connected network

Arhitectura de tip BUS presupune un singur cablu ce conecteaza toate PC urile intr-un mod liniar, in timp ce arhitectura de tip STAR presupune conectarea calculatoarelor prin segmente de cablu la o componenta centrala care poarta numele de hub. Avantajul arhitecturii de tip STAR este dat de faptul ca daca un calculator sau cablu conectat la hub se defecteaza, numai calculatorul sau cablu sunt in imposibilitatea de a transmite date, restul retelei continand sa functioneze.

Tehnologia bus de tip Ethernet a devenit deja un standard pentru retele locale (LAN)

Tehnologia tip inel presupune conectarea calculatoarelor printr-un cablu in forma de bucla.

Semnalul parcurge bucla intr-o singura directie, trecand pe la fiecare calculator.

Fiecare calculator actioneaza ca un repetor amplificand semnalul si transmitandu-l calculatorului urmator.

Arhitectura de tip arbore conecteaza calculatoarele stabilind o ierarhie intre calculatoarele componente, pornind de la un calculator principal. Calculatoarele comunica in functie de nivelul pe care se afla acestea.

e) Arhitectura de tip mesh conectează toate componentele retelei combinand celelalte

patru tipuri de topologii

f) Arhitectura tip fully connected network conecteazaă toate componentele retelei între ele.

2.2 Importanta retelelor de calculatoare si larga lor utilizare

1. Gestionarea/sharingul fisierelor: permite utilizatorilor unei retele sa distribuie resurse si informatii

2. Sharing-ul haerdware: utilizatorii pot folosi la comun dispozitive hardware precum imprimante, scannere, drivere optice etc.

3.Gestionarea multipla a aplicatiilor: utilizatorii unei retele pot folosi in comun o gama larga de aplicatii

4. Comunicarea: utilizatorii pot folosi retelele pentru a cormunica prin emailuri, video-conferinte etc.

3. Echipamente folosite pentru retelele de calculatoare:

Partea hardware a unei retele presupune toate calculatoarele, perifericele, interface cardurile necesare pentru procesarea de date si realizarea comunicarii in retea.

Pentru construirea unei retele de calculatoare se intalnesc urmatoarele elemente hardware:

Placa de retea (NIC- network interface card):

Placa de retea funcționeaza ca interfața fizica intre calculator si cablul de retea. O placa de retea conține circuite electronice (hardware) și programe pastrate in memorii protejate la scriere (firmware). Aceste circuite și programe implementeaza impreuna functiile nivelului de legatura de date (Data Link) al modelului OSI

Conectori si cabluri de retea

Repetor si hub (repetor multiport = concentrator).

Hub-ul este un dispozitiv ce are mai multe intrari ce conecteaza prin cabluri UTP calculatoarele dintr-o retea denumite si host-uri. Hub-ul are functia de amplificare a semnalului primit de la un host si de a-l directiona catre toate calculatoarele implicate. Hosturi noi se pot adagua prin conectarea fizica tot cu cabluri UTP la hub. Huburile pot avea 4,8,16 sau 24 de intrari si se pot montat in cascada pentru a se obtine extinderea retelei.

Repetorul transporta semnalul pe o distanta mai mare

Functiile unui hub:

primirea datelor (semnalelor electronice) pe unul dintre porturi

regenerarea datelor (semnalelor electronice) distorsionate

trimiterea datelor (semnalelor electronice) pe toate celelalte porturi

Bridge (punte) și Switch (bridge multiport).

Un bridge filtreaza traficul de retea intre segmentele unui LAN. Un bridge poate avea doar doua porturi, conectand doua segmente ale aceleiasi retele.

Switch-ul este un dispozitiv ce contine mai multe porturi. Aceste porturi filtreaza si trimit pachete de date intre partile retelei. Switchurile apartin nivelului 2 si 3 ale modelului OSI.si sunt adaptate oricarui protocol de transfer de date. Switch-ul functioneaza prin metoda “store-and-forward”. Aceasta presupune ca fiecare switch gestioneaza un numar de adrese MAC si cai de acces. Pentru un anumit port, switch-ul retine adresele MAC ale stațiilor din respectivul domeniu . Intrarile sunt gestionate printr-un parametru numit “age”, acest parametru stabileste cat timp sunt pastrate in buffere adresele MAC ale statiilor latente (nu primesc trafic si nu genereaza trafic).

Performanta unei retele este influentata in mod direct de acest parametru: daca valoarea acestuia este pra mica, statiile generatoare de trafic redus vor fi localizabile mai greu in retea de catre alte echipamente, iar daca valoarea parametrului este prea ridicata, bufferele se pot ocupa astfel bloca echipamentele. Din momentul in care datele sunt receptionate, se analizeaza adresa MAC a destinatiei si cautata in lista cu adrese MAC. Prin aceasta metoda switchul detecteaza interfata prin care este statia de destinatie este disponibilia si transmite datele printr-un canal de comunicatie virtual. Acest canal este separate de traficul generat de restul interfetelor.

Un switch permite transportul semnalului pe o distanta mai mare. De obicei un switch contine mai multe porturi. Pe aceste porturi putem conecta calculatoare sau alte echipamente de rețea cu ajutorul cablurilor de rețea.

Exista 2 tipuri de switchuri: “unmanaged switch” si “managed switch”. Switch-ul unmanaged este folosit cu precadere de retelele de tip “home networking” si nu permite programare suplimentara. Switchul cu manage permite accessarea acestuia pentru a putea fi programat. Acest tip de switch poate fi monitorizat de la distanta si ofera un control crescut asupra traficului de retea dar si al persoanelor ce acceseaza respectiva retea.

In timp ce un switch uneste segmente dintr-o retea, routerele conecteaza mai multe retele. O retea complexa trebuie sa determinesi cea mai optima cale pentru transmiterea datelor si filtrarea Astfel se determină care este următorul punct din rețea către care se expediază un pachet de date in drum spre destinația sa finala. Routerul trebuie conectat la cel putin 2 retele.

Sensul in care se trimite fiecare pachet de date este dat de determinarea starii retelei la care este conectat. Rutarea este parte a nivelului 3 din standardul OSI (Open Systems Interconnection), nivelul rețea. Pentru a determina calea optima intre doua retele, router-ul foloseste doua metode:

• Rutarea statica, constand dintr-o lista de adrese pentru a determina locatia in care sa directioneze datele

• Rutarea dinamica, constand dintr-un protocol specializat (RIP, OSPF, IGRP, BGP). Router-ul nu identifica tipul si continutul datelor transmise.

Modem ASDL și modem de cablu:

Modemul este folosit pentru a conecta un computer sau retea la internet.

Wireless access point (Punct de acces fără fir):

Acesta face posibila conectarea echipamentelor care folosesc tehnologia wireless, la o retea cablata. Punctele de acces wireless folosesc unde radio pentru a comunica cu alte echipamente wireless sau alte puncte de acces wireless.

2.4 Switchuri si routere Cisco

Switchuri Cisco

Gestionarea unui switch Cisco este similara cu gestionarea unui router Cisco. Majoritatea comenzilor IOS sunt similare pentru switchuri si routere dar outputul difera in anumite cazuri. O mare parte din comenzile IOS sunt valabile atat pentru switchuri cat si pentru routere. Anumite tool-uri GUI sunt disponibile doar pentru routere, de exemplu : Cisco Router and Security Device Manager (SDM) si SDM Express. Alte tool-uri GUI sunt disponibile doar pentru switchuri, de exemplu Cisco Device Manager.

Pentru designul unei retele, este important de stiut ca switchurile "top of the line" sunt potrivite fie pentru layerul "core" sau pentru layerul "distribution". Switchurile de tip "entry-level" sau "mid range" sunt potrivite mai degraba pentru "access layer" sau "distribution layer". Cisco defineste layerele astfel: "core layer", "distribution layer" si "access layer". Switchurile de top gestioneaza serviciile specializate intr-o retea, precum STP root bridge role, VLAN Membership Policy (VMPS), VLAN Trunking Protocole (VTP), Inter-VLAN routing si conectivitatea LAN gateway. Aceste servicii sunt folosite in intreaga retea, de aceea trebuie sa ruleze cu un switch extrem de eficient si fiabil.

Mai jos se poate observa partea frontala si dorsala a unui switch Cisco entry-level CISCO catalyst 2960 – un switch cu 24 de intrari.

Front panel

Rear panel

Switchurile Cisco nu au tastatura, monitor sau mouse care sa permita interactiunea directa. Switchurile Ciso se gestioneaza prin conectarea locala sau la distanta la un computer gazda. Aceasta gazda este interfata pentru interactiunea cu switchul Cisco.

Switchurile Cisco au un anumit numar de porturi. Aceste porturi sunt similare cu niste prize la care se conecteaza fie computere gazda sau alte echipamente de retea. Anumite porturi sunt rezervate pentru alte scopuri decat conectivitatea rele de tip "entry-level" sau "mid range" sunt potrivite mai degraba pentru "access layer" sau "distribution layer". Cisco defineste layerele astfel: "core layer", "distribution layer" si "access layer". Switchurile de top gestioneaza serviciile specializate intr-o retea, precum STP root bridge role, VLAN Membership Policy (VMPS), VLAN Trunking Protocole (VTP), Inter-VLAN routing si conectivitatea LAN gateway. Aceste servicii sunt folosite in intreaga retea, de aceea trebuie sa ruleze cu un switch extrem de eficient si fiabil.

Mai jos se poate observa partea frontala si dorsala a unui switch Cisco entry-level CISCO catalyst 2960 – un switch cu 24 de intrari.

Front panel

Rear panel

Switchurile Cisco nu au tastatura, monitor sau mouse care sa permita interactiunea directa. Switchurile Ciso se gestioneaza prin conectarea locala sau la distanta la un computer gazda. Aceasta gazda este interfata pentru interactiunea cu switchul Cisco.

Switchurile Cisco au un anumit numar de porturi. Aceste porturi sunt similare cu niste prize la care se conecteaza fie computere gazda sau alte echipamente de retea. Anumite porturi sunt rezervate pentru alte scopuri decat conectivitatea retelei. Acestea se numesc porturi consola si porturi auxiliare.

Porturile consola

Acest tip de port este folosit pentru conectarea unui computer gazda la un switch folosind un cablu "rollover". Acest port este utilizat de fiecare data cand se doreste conectarea locala la consola switchului. Consola reprezinta inputul default de monitorizare si configurare al switchului. Toate echipamentele Cisco prezinta aceasta consola, in care sunt prin sistemul de operare Cisco (IOS) sunt prezentate mesajele de stare, mesajele de eroare, diagnostic si atentionari pentru utilizatori. Aceasta consola poate fi inteleasa si ca un computer virtual cu monitor si tastatura: mesajele output ale switchului sunt trimise catre monitorul computerului virtual, in timp ce inputul de la utilizatorul switchului este strans prin folosirea tastaturii virtuale.

Exemplu de switch Catalyst cu conexiune consola:

Routere Cisco

Ca si in cazul switchurilor Cisco trebuie facuta diferentierea intre routere varf de gama si cele entry -level sau cu performanta medie. Routerele varf de gama sunt folosite pentru layerul "core" sau "distribution". Routerele entry-level sau gama medie sunt potrivite pentru layerul "access" sau "distribution".

Front panel – router Cisco 2621

Rear panel – router Cisco 2621

Routerele CISCO sunt impartite in mai multe clase, in functie de anul productiei. Prima clasa de echipamente pentru rutare a aparut in 1992 sub denumirea de AGS (Advanced Gateway Server). Ulterior, CISCO a dezvoltat seriile de routere (2000, 3000, 4000) iar cea mai recenta serie este 12000.

Seriile erau diferite prin resursele hardware disponibile (procesor, memorie RAM) dar si software (lucrul cu servicii VoIP, mobile IP) etc. O data cu seria 2800, routerele au devenit modulare, interfetele predefinite au disparut, numarul si tipul acestora putand fi schimbat, facand posibil orice tip de combinatie (1 interfata WAN si 3 Ethernet pot fi schimbate cu 2 interfete WAN si 2 Fast Ethernet).

Ca si switchurile CISCO, routerele CISCO folosesc acelasi software denumit CISCO IOS (Internet Operating System), avand un numar mare de versiuni diferentiate prin anumite proprietati. Aceste IOS-uri se incarca in memoria volatila a routerelor de fiecare data cand acestea sunt pornite si se afla stocate pe memoria Flash a routerului.

3. Modelarea, simularea si emularea retelelor de calculatoare

3.1 Modelarea unei retele de calculatoare

Modelarea unei retele de calculatoare este tehnica amanarii si restrictionarii anumitor pachete care circula printr-o retela cu scopul cresterii performantei pachetelelor carora li s-a oferit prioritate. Pentru separarea pachetelor in grupuri s-au definit clasele, astfel incat grupurile pot fi modelate separat permitand anumitor clase sa traverseze reteaua mai liber decat altele. Modelatorii de retea sunt pozitionati de obicei la limitele unei retele fie pentru a modela traficul care intra sau iese din retea.

Cele 2 procedee de implementare a modelarii unei retele sunt: „Leaky bucket” si “Token Bucket”:

“Leaky bucket”

Leaky bucket presupune un buffer care stocheaza traficul intrare/iesire. Apoi elibereaza pachete la o perioada fixa, incetinind sau traficul de intrare sau iesire la perioada setata. Pentru clase diferite se folosesc buffere diferite care stocheaza pachetele primite. Fiecare “bucket” este setat sa elibereze pachete in ritmuri diferite, permitand anumitor clase un output mai mare decat al altora. Cand traficul excesiv face ca bufferul sa se supraincarce, traficul additional poate fi pierdut sau lasat sa treaca.

“Token Bucket”

Acesta este similar cu “leaky bucket” cu exceptia faptului ca foloseste tokenuri care sunt adaugate “bucketului” la o rata predefinita. Pachetele pot trece prin “bucket” doar daca exista destule “tokenuri” care sa permita trecerea. Diferenta intre cele doua tipuri este data de faptul ca daca tokenurile se pot acumula, se poate permite un trafic la viteze foarte mari.

3.2 Utilizarea modelarii retelelor:

Modelarea retelei este folosita pentru a ajuta organizatiile ce detin servere centralizate cu trafic mare in gestionarea resurselor

ATM –uri – acestea sunt un bun exemplu in care modelarea este folosita.Automatic Bank tellers are a good example where Traffic shaping is used. Here a Leaky Bucket algorithm to help manage traffic[4].

ISP- Internet Service providerii vor folosi modelarea pentru clasificarea pachetelor care au latenta pe o anumita clasa si pot oferi o latenta si mai scazuta acestor pachete. De exemplu, pachete VOIP (Voice over IP ) dar si cele destinate jocurilor vor fi intr-o clasa care permite un output mai eficient. Astfel, o mai mare parte a latimii de banda devine disponibila pentru aceste pahete prin incetinirea traficului care nu depinde de o anumita latenta

Diferenta intre algoritmul "Leaky Bucket" si "Token Bucket"

3.2 Simularea unei retele de calculatoare

Simularea reprezinta descrierea functionarii unui sistem sau dispozitiv la un nivel de reprezentare mai abstract si mai putin precis. Simularea pune in evident anumite proprietati ale sistemului, neglijand alte proprietati, care nu par sa prezinte importanta sau sa influenteze anumite aspecte de performanta.

De exemplu, daca ne intereseaza performanta unor algoritmi (de ex de scheduling) la nivel de legatura de date, se pot ignora unele protocoale de nivel superior (transport,aplicatie) sau mobilitatea utilizatorilor unei retele mobile.

Totusi, partile pe care le ignoram in modelul de simulare pot influenta functionarea in cazul real (de ex la retelele mobile protocolul de transport TCP interactioneaza, nu intotdeauna fericit, cu protocoalele de nivel inferior)

Simularea poate evalua comportamentul protocoalelor de retea in functie de conditii de retea diferite. Studiul protocoalelor – atat individual cat si interactiv – in diferite conditii este extrem de important pentru intelegerea comportamentului si caracteristicilor acestuia.

Un simulator de retea este un software care prezice comportamentul unei retele de calculatoare. In simulatoare, reteaua este modelata cu echipamente, aplicatii si linkuri cu scopul analizarii performantei. In practica utilizatorii pot customiza simulatorul pentru indeplinirea nevoilor specifice de analiza. Simulatoarele contin de obicei suport pentru protocoalele cel mai frecvent intalnite si retele precum WLAN, Wi-Max, TCP, WSN etc.

Majoritatea simulatoarelor sunt bazate pe interfata GUI in timp ce anumite simulatoare de retele se bazeaza pe interfata CLI. Modelul de retea/configurare descrie starea retelei (noduri, rute, switch-uri) si transmitere date, erori la transmiterea pachetelor etc. Un output important al simularii est dat de "trace files". Acestea logheaza fiecare pachet si fiecare episod care s-a petrecut in mediul de simulare facand astfel mult mai usoara analizarea informatiilor primite. Simulatoarele de retea pot oferi alte tool-uri care faciliteaza analiza modelelor si a potentialelor zone problematice.

Majoritatea simulatoarelor de retea folosesc "discrete event simulation" in care o lista de evenimente este stocata iar aceste episoade sunt procesate consecutiv, cu scopul de a declansa posibile evenimente viitoare – precum sosirea un pachet la un nod, fapt care genereaza sosirea acelui pachet si la nodul iesire.

Simularea retelelor este o activitate foarte complexa. De exemplu, daca congestia este crescuta, atunci estimarea gradului de incarcare devine dificila din cauza ratei de variatie crescuta. Pentru estimara probabilitatii bufferului de incarcare al retelei, timpul necesar pentru un raspuns precis poate fi foarte crescut. Pentru evitarea acestei latente s-au implementat proceduri precum "control variates" si "importance sampling" pentru accelerarea timpilor de simulare

Modelele de simulare pot fi clasificate intr-o varietate de moduri. Cele mai comune clasificari sunt:

-modele de simulare statice si dinamice; un model static caracterizeaza un sistem independent de timp, iar modelul dinamic reprezinta un sistem ce se transforma o data cu trecerea timpului

-modele stohastice si deterministice; daca un model reprezinta un sistem ce include elemente aleatorii atunci este unul stohastic, daca elementele nu sunt aleatorii atunci va fi determinist. Sistemele modelelor de retea contin componente aleatorii precum sosirea pachetelor dintr-un queue, outputul unui switch sau port etc.

– modele discrete si continue; un model continuu reprezinta un sistem cu variabile de stare ce se schimba continuu de-a lungul timpului. un model discret caracterizeaza un sistem unde variabilele de stare se schimba instantaneu la momente discrete de timp. In aceste momente se pot intampla evenimente care schimba starea sistemului. De exemplu, sosirea unui pachet catre un router la un anumit moment in timp, va schimba starea portului bufferului din router.

Rezultatele simularii

De obicei simulatoarele au tool-uri pentru prelucrarea rezultatelor simularii:

calcule statistice pt diverse marimi (valori medii,minime, maxime, deviatia standard)

“trace”-uri: adica se colecteaza valorile unei anumite marimi (intirziere, nr de pachete pierdute, etc) pe parcursul simularii sau intre anumite momente de simulare. Aceste trace-uri se vor reprezenta apoi grafic de tool-uri atasate simulatorului sau de tool-uri de uz general.

Formatul fisierelor cu rezultate (trace-uri, statistici) sint specific simulatorului (chiar daca sint de tip text in general) si pot necesita procesare ulterioara.

3.3 Emularea retelelor de calculatoare:

Emularea este reproducerea cit mai exacta a functionarii unui dispozitiv sau sistem, sistemul emulat putand fi inlocuit cu sistemul care il emuleaza. In acest caz sistemul real este de obicei mai rapid decat sistemul care il emuleaza (emularea unui micro-procesor, emularea retelelor)

Emularea se realizeaza in general prin descrierea protocoalelor componente, conform cu specificatiile care descriu acele protocoale

Emularea echipamentelor de retea foloseste procesele software care perspectiva retelei functioneaza si se comporta precum echipamentul emulat. Emularea este simplificata si un singur computer poate emula o varietate de echipamente de retea. Prin comparatie cu simularea, este mai usor sa se porteze codul respectivului echipament, pastrandu-se acelasi timp de raspuns ca pe echipamentul emulat, dar aceasta procedura nu permite accelerarea executiei sau grabirea procedurii de testare .

Emularea a aparut din necesitatea transformarii bancurilor de proba fizice (calculatoarele A, B si C din figura 1 care sunt localizate intr-o singura zona si conectate unul la celalalt printr-un switch de retea ) intr-un banc de proba virtual care poate fi distribuit global, similar cu figura 2 evitandu-se insa costul si efortul necesar pentru creearea efectiva a bancului testare. In acest scenariu ipotetic, tehnica emularii retelei este folosita pentru recreearea degradarii retelei.

Figura 1.

Figura 2.

Dezvoltatorii software doresc sa analizeze timpul de raspuns si sensibilitatea la pierderile pachete mai ales pentru aplicatiile client-server si sa emuleze un acces specific in retea (wifi, 3G, 4G etc.) cu diferite tipuri de erori, caderi de retea sau de aplicatie. Emulatorii de acest tip vin in forme diferite inclusiv "browser-based" sau aplicatii integrate. Acestor softuri le lipseste precizia si performanta existente la un emulator hardware dar avantajul primelor este ca se pot gasi la preturi mult mai reduse .

3.4 Emulare versus simulare

Diferenta majora intre emulare si simulare este ca sarcina emulatorului de retea este de a emula reteaua care conecteaza gazdele finale dar nu pe acestea in sine. Tool-uri tipice de emulatoare includ NS2 care este un simulator ce poate fi folosit ca si emulator cu functionalitate limitata. Prin comparatie, un emulator tipic de retea precum WANsim este un simplu emulator-bridge care utilizeaza anumite functii Linux.

Un emulator functioneaza prin duplicarea fiecarui aspect din comportamentul echipamentului original. De fapt, simuleaza toate functiile echipamentului hardware, permitand exact aceluiasi software sa functioneze pe el nemodificat. Este posibila copierea unei aplicatii din echipamentul original in emulator fara ca utilizatorul sa sesizeze vreo diferenta.

Pe de alta parte, un simulator creeaza un mediu similar cu sistemul de operare al device-ului originar dar nu permite simularea hardware a echipamentului originar. Anumite programe pot functiona in mod diferit si pot necesita alte schimbari (precum compilarea programului pentru adaptarea la procesorul computerului in loc de al echipamentului simulat).

Emulatorul reprezinta o solutie mult mai viabila, dar prezinta un singur contra-argument major: sunt mult mai incete. Emularea hardware face ca software-ul sa ruleze mai incet decat pe echipamentul nativ. Lansarea emulatorului presupune de obicei emularea intregului proces de bootare al echipamentului, lucru care poate dura un timp mai indelungat. Incarcarea noului software pe emulator este adesea lenta, mai ales daca emularea se produce prin copierea software-ului de pe un card de memorie sau downloadul din retea.

Un simulator ruleaza codul foarte rapid, se lanseaza in cateva secunde si incarca noul software aproape instantaneu. Aceasta face simulatorul mai convenabil de utilizat chiar daca nu atat de precis.

3.4 Importanta modelarii, simularii si emularii retelelor de calculatoare

Modelarea retelei este o metoda de control al cantitatii si ratei traficului trimise spre retea. Acest control se realizeaza prin:

-reglarea ratei medii a transmisiei de date

-liniarizarea traficului pe server, cu impact minim asupra clientului final

-controlul congestionarii – supraglomerarii.

Cand o parte a unui subnet (una sau mai multe rute dintr-o zona) devine supraincarcat apare fenomenul congestionarii. Pentru ca routerele primesc pachete mai rapid decat le pot redirectiona este necesar ca una din conditiile de mai jos sa fie indeplinita.

Supra-aglomerarea (congestionarea) poate aparea cand:

– rata de sosire a pachetelor de date depaseste capacitatea de iesire a linkului

-memorie insuficienta pentru stocarea pachetelor

-procesor lent

Controlul supra-aglomerarii presupune folosirea eficienta a retelei in momente de peak. Pentru acest control se foloseste un numar de tehnici, precum:

Warning bit

Choke packets DETECTAREA SI REPAREA CONGESTIONARII

Load shedding

Random early discard EVITAREA CONGESTIONARII

Traffic shaping

Intr-o lume ce contine tot mai multe date, computere, sisteme de stocare si retele, designul si managementul sistemelor devine o provocare tot mai crescuta. Pe masura ce retelele devin mai rapide, mai extinse si mai complexe, calculele traditionale nu mai reprezinta abordari credibile pentru validarea implementarii unui nou design de retea sau al investitiilor in noi tehnologii de retea.

Organizatiile din intreaga lume depind tot mai mult de noi tehnologii si aplicatii de reta pentru a sprijini nevoile de business. Pentru a se evalua diversele solutii, designerii de retea se bazeaza tot mai mult pe metode care sa-i ajute sa evalueze diverse propuneri de design inainte ca decizia finala sa fie luata si sistemul real sa fie creat. O metoda unanim acceptata este predictia performantei prin simulare. Un model de simulare poate fi folosit de un designer de retea pentru analizarea alternativelor de design si pentru studiul comportamentului unui sistem nou sau pentru analizarea modificarilor unui sistem actual fara a fi necesara constructia lui fizica. Un model al simularii poate fi harta unei retele sau a task-urilor operate de o retea cu scopul obtinerii unor rezultate statistice legate de performanta retelei.

3.6 Programe si aplicatii de simulat retele de calculatoare (Packet Tracer si GNS3)

Packet Tracer

Pe masura ce sistemele de retea continua sa evolueze ca si complexitate, noi tooluri educationale sunt lansate pentru a facilita explicarea si asimiliarea informatiilor legate de tehnologia informatiei. Software-ul Packet Tracer a fost dezvoltat pentru a ajuta cursantii Cisco Networking Academy sa inteleaga complexitatea tehnologiei informatiilor si comunicarii si de a dobandi abilitati practice in tehnologia retelelor.

Cisco Packet Tracer este un simulator de retea care permite cursantilor sa experimenteze comportamentul unei retele, permitand capabiliatati de simulare, vizualizare si evaluare.

Packet Tracer permite configurarea, depistarea si rezolvarea problemelor de retea folsind echipamente virtuale si conexiuni simulate dar si explorarea, experimentarea si explicarea conceptelor si tehnologiilor prezente intr-o retea.

Configurarea si validarea arhitecturii de sistem

Packet Tracer are 2 spatii de lucru: cel logic si cel fizic. Spatiul de lucru logic permite utilizatorilor sa construiasca topologii de retea prni plasarea, conectarea si gruparea echipamentelor virtuale de retea. Spatiul de lucru fizic ofera o dimensiune grafica a retelei logice, dand o masura scalara si totodata descriind cum echipamentele de retea (routere, switch-uri si gazde) ar arata intr-un mediu de lucru real. Spatiul de lucru fizic ofera reprezentari geografice ale retelelor, inclusiv orase si cladiri.

Moduri Packet Tracer : 2 moduri de operare pentru vizualizarea comportamentului unei retele – in timp real si modul virtual.

Modul in timp real ofera posibilitatea de observare al comportamentului retelei, cu un raspuns in timp real din partea tuturor activitatilor retelei. De asemenea este posibila insusirea tehnicilor de configurare al echipamentelor inainte de lucrul cu echipamente reale.

In modul simulare, utilizatorii pot vedea si controla intervalele de timp, modul in care functioneaza transferul de date si propagarea acestora de-a lungul retelei.

Cisco Packet Tracer suporta urmatoarele protocoale:

Versiunea curenta de Packet Tracer suporta o gama larga de aplicatii simulate de protocoale pentru layere. Packet Tracer urmareste sa ofere o simulare realista a functionarii retelelor, aplicatia in sine foloseste doar un mic numar de caracteristici ce se pot regasi pe un dispozitiv hardware ce ruleaza Cisco IOS.

Versiunea 6.2 include:

Device-uri noi: Cisco 819 router, Cell Tower, CO server, Sniffer

Serverul HTTP ruleaza acum JavaScript and CSS

Serverul FTP poate gestiona fisierele regasite in serverul HTTP

GNS3 – Graphical Network Simulator

Acest soft permite emularea unor retele complexe. VMWare sau Virtual PC sunt folosite a pentru emularea unor sisteme de operare diverse in medii virtuale. Aceste soft-uri permit utilizatorului sa ruleze sisteme de operare intr-un mediu virtual. GNS3 permite acelasi tip de emulare folosind Cisco Internetwork Operating System (IOS) . GNS3 este o interfata pentru produsul numit Dynagen. Dynamips este softul nucleu care permite emularea IOS. Dynagen ruleaza peste Dynamips pentru a oferi un mediu mai usor de folosit pentru utilizator. Mai jos se poate observa o consola Dynamips:

Un utilizator poate crea topologii de retea folosind fisiere simple Windows .inicu Dynagen ruland peste Dynamips. GNS3 duce acest pas mai departe oferind totodata si un mediu grafic, permitand emularea Cisco IOS pe calculatoarele ce opereaza Windows sau Linux. Emularea este posibila pentru o lista lunga de platforme de routere si firewall-uri PIX. Folosind un "switch card" Ethernet intr-un router, schimbarea platformelor poate fi emulata pana la nivelul suportat de functionalitatea cardului.

Desi exista un numar mare de simulatoare de routere, acestea sunt limitate la comenzile pe care utilizatorul alege sa le includa, aproape intotdeauna exista comenzi pentru parametri care nu sunt suportati intr-un laborator de test. In aceste simulatoare se poate vedea doar reprezentarea output-ului unui router emulat. Acuratetea acestei reprezentari este corecta in masura in care utilizatorul alege sa o faca corecta.

GNS 3 ruleaza Cisco IOS, deci se poate vedea exact ce produce IOS, totodata permitandu-se accesul la comenzile si parametrii suportati de IOS. GNS3 ofera aproximativ 1000 de pachete/secunda in mediul virtual. Un router standard va oferi output mai crescut de la o suta pana la o mie de ori. GNS3 nu inlocuieste un router real, dar este destinat sa fie o unealta pentru invatarea si testarea intr-un laborator.

Funcții:

Designul unor topologii de calitate și complexe

Emularea mai multor platforme Cisco IOS, IPS, PIX sau firewall-uri ASA, JunOS

Simularea de retele simple Ethernet, ATM sau switchuri Frame Relay.

Posibilitatea conectarii retelei simulate la rețeaua locala.

Capturarea de pachete folosind Wireshark.

Atasarea unor masini virtuale VirtualBox.

Dezavantaje ale GNS3

rata de rutare/comutare a pachetelor foarte mica (300-500 pps) datorata lipsei ASIC-urilor. Este exclusa folosirea GNS3 in productie ci doar din perspectiva educational

imposibilitatea folosirii switchurilor Cisco.

desi exista varianta integrarii pe un router a unei interfete de switch cu 16 porturi, configurarea nu permite folosirea de Port Security

3.7Comparatie intre softuri CISCO (Packet Tracer si GNS3)

Din graficul de mai jos reies cel mai clar diferentele intre cele 2 aplicatii.

Cea mai importanta diferenta intre Packet Tracer si GNS3 se refera la faptul ca Packet Tracer este un simulator in timp ce GNS3 este un emulator. Ultimul prezinta aceeasi functionalitate ca a dispozitivului emulat, deoarece pe computer ruleaza un IOS real si nu unul virtual. Comenzile masinii emulate sunt aceleasi iar comportamentul acesteia este exact al masinii fizice. Pentru a putea emula satisfacator GNS3 este necesar sa avem o configuratie puternica al calculatorului care va suporta emularea, mai ales daca dorim sa rulam nu doar un router dar o topologie mai complicata. Cantitatea de RAM necesara si incarcarea procesorului pot fi reduse prin Dynamips .

Packet Tracer este excelent pentru construirea unei retele compusa din echipamente Cisco. Acesta prezinta tool-uri care pot ajuta in procesul de invatare. GNS3 este insa foarte real, dar are nevoie de un computer puternic si nu poate emula orice device (mai ales switchuri sau routere mai noi).

4.1 Instalarea soft-ului GNS3 si a programelor si tool-urilor aditionale

Pasul 1: Folosim Web browserul pentru a accesa www.gnsr3.com.

Pasul 2: Apăsăm butonul violet Free Download ce va descărca fișierul executabil GNS3-1.3.3-all-in-one.exe a cărui execuție o lansăm.

Pasul 3: Apăsăm butonul I Agree.

Pasul 4: Permitem aplicației GNS3 sa se instaleze în Start Menu cu numele default GNS3 apăsând butonul Next.

Pasul 5: GNS3 depinde si de alte programe ca să poată rula. Programele auxiliare sunt:

– WinPCAP – un tool ce permite captarea pachetelor de date;

– Wireshark – o aplicatie ce monitorizeaza pachetele de date;

– SolarWinds Response – o aplicatie ce calculeza timpii de trimitere/raspuns a pachetelor de date;

– Dynamips – un program de emulare a echipamentelor |CISCO;

– QEMU – un program open source de emulare si virtualizare;

– VPCS – un program de simulare a masinilor virtuale pentru Dynamips;

– CPUlimit – un program ce limiteaza accesul la resursele calculatorului;

– SuperPutty (un tool Windows GUI ce permite deschiderea in taburi separate a clientului PuTTY SSH.

Aceste programe, alături de GNS3 sunt bifate ca default pentru instalare, așa ca doar dăm click pe butonul Next.

Pasul 6: Un director default este ales pentru GNS3. Apăsăm butonul Install pentru a accepta directorul default și pentru a începe instalarea propriu-zisă a fișierelor.

Pasul 7: Dupa ce am am instalat GNS3 si pachetul de soft-uri aditionale, lansam aplicatia C:\Program Files\GNS3\gns3.exe din directorul default. Un mesaj de intampinare ne intreaba daca vrem sa cream un proiect nou sau sa deschidem unul mai vechi.

Pasul 8: Descarcam de pe internet, de la adresa http://commonerrors.blogspot.ro/2014/04/cisco-3725-ios-image-free-download-for.html

imaginea ce contine sistemul de operare a router-ului CISCO C3725. Aceasta va fi incarcata ulterior in GNS3.

Pasul 9: Descarcam de pe internet, de la adresa https://www.virtualbox.org/ aplicatia VirtualBox-4.3.28-100309-Win pe care o vom folosi pentru a instala, configura, a rula si emula masinile virtuale necesare simularii retelei in GNS3.

Pasul 10: Deschidem aplicatia C:\Program Files\Oracle\VirtualBox\VirtualBox.exe si instalam 2 masini virtuale su sistemul de operare Windows7. Le vom numi Win7_1 pe prima si Win7_2 e a doua. Ca sa ne asiguram ca sistemul de operare fucntioneaza corect, pornim ambele masini virtuale.

Masina virtuala 1

Masina virtuala 2

4.2 Rularea aplicatiei GNS3 si detalierea functiilor programului

Programul GNS3, in varianta free, nu se descarca in mod default cu ISO-urile device-urilor pe care le vom folosi. El insa permite emularea multor routere si switch-uri din gama CISCO.

Noi vom folosi doar sistemul de operare a router-ului CISCO C3725 pe care il incarcam ducandu-ne in meniul Edit -> Preferences -> Dynamips -> IOS Routers – > New si apasand butonul Browse selectam imaginea anterior descarcata.

Odata ce apare ca fiind emulat acesta trebuie configurat. Pentru aceasta se selecteaza routerul dorit (in speta C3725) si se apasa butonul Edit.

Selectam tabul Slots pentru a seta porturile fizice si logice.

Optam pentru o singura interfata GT96100-FE ce cuprinde 2 porturi fixe FastEthernet si o singura interfata NM-4T ce cuprinde 4 porturi seriale, restul interfetelor NM-1FE-TX si NM-16ESW nefiind necesare in simulare, intrucat sunt interfete ce cuprind porturi seriale.

Tabul Memories and disks permite alocarea memoriei RAM si a spatiului pe hardisk. Pentru C3725, in mod default, cerintele sunt:

Imaginea router-ului fiind emulata si configurata urmaza emularea masiniilor virtuale, Win7_1 si Win7_2 instalate anterior. Pentru aceasta apasam Edit -> Preferences -> VirtualBox -> VirtualBoxVMs si selectand butonul New si alegand calea spre locul unde am instalat cele 2 calculatoare virtuale, le adaugam pe ambele in GNS3.

4.3 Realizarea retelei, configurarea, modelarea si simularea ei in GNS3

Acum ca avem imaginea router-ului C3725 si a celor 2 masini virtuale Win7_1 si Win7_2 emulate in GNS3, trecem la realizarea retelei. Incepem prin a adauga route-rele:

Apoi masinile virtuale:

Apoi realizam conexiunile dintre ele:

Ip-urile le alegem in functie de reteaua/conexiunile pe care le stabilim intre device-uri:

– reteaua 1, intre Win7_1 si R1, va avea ip-uri de clasa A. Masinii virtuale Win7_1 ii va fii alocat ip-ul 10.1.0.1 si router-ului R1 ii va fii alocat ip-ul 10.1.0.2 pe portul ethernet F0/0, reteaua avand Subnet Mask: 255.255.255.0. Default Gateway este ip-ul router-ului R1 10.1.0.2.

– reteaua 1, intre R1 si R2, va avea ip-uri de clasa B. Router-ului R1 ii va fii alocat ip-ul 172.16.0.1 pe portul ethernet F0/1si router-ului R2 ii va fii alocat ip-ul 172.16.0.2 pe portul ethernet F0/0, reteaua avand Subnet Mask: 255.255.0.0.

– reteaua 3, intre R2 si Win7_2, va avea ip-uri de clasa C. Router-ului R2 ii va fii alocat ip-ul 192.168.0.1 si masinii virtuale Win7_2 ii va fii alocat ip-ul 192.168.0.2, reteaua avand Subnet Mask: 255.255.255.0. Default Gateway este ip-ul router-ului R2 192.168.0.1.

Dupa stabilirea retelelor, tipului lor si adaugarea textului explicativ, reteaua arata astfel:

Configuram manual ip-urile masinilor virtuale. Incepem cu prima, Win7_1 folosind datele date mai sus, cand am stabilit retelele.

Dupa setarea manuala aferenta, folosind comanda ipconfig ne asiguram ca ip-ul a fost setat corect si masina virtuala si-a alocat setarile.

Procedam la fel si cu a doua maisna virtuala, Win7_2. Setarea manuala a configuratie de ip:

Verificarea cu comanda ipconfig din Commander ne arata ca masina virtuala si-a alocat ip-ul si setarile corecte:

Configurarea routere-lor din GNS3 se face dand click dreapta pe unul din ele si selectand aplicatia Console:

Se deschide consola de configurare a sistemului de operare a router-ului:

Aceasta consola este una de tip Command Line Interface (CLI) si foloseste comenzi CISCO pentru setarea device-urilor emulate in GNS3, pe baza unuor comenzi introduse linie cu linie, asemanatoare protocoalelor Telnet.

Comanda show running-config introdusa in consola router-ului R1 arata starea initala a acestuia (detaliata in anexa 1).

Incepem configurarea router-ului R1, mai intai pentru portul F0/0 apartinand retelei 1, cu ip-ul 10.1.0.2 si subnet mask 255.255.255.0. Explicarea comenzilor si modul lor de folosire se regaseste in anexa 2.

Configuram portul F0/1 apartinand retelei 2 cu ip-ul 172.16.0.1 si subnet mask 255.255.0.0:

Acum ca router-ul R1 este configurat trecem la configurarea router-ului R2, urmand aceasi pasi. Mai intai pentru portul ethernet F0/0, cu ip 172.16.0.2 si subnet mask 255.255.0.0:

Urmeaza portul ethernet F0/1, cu ip 192.168.0.1 si subnet mask 255.255.255.0

Dupa ce am terminat de emulat si configurat router-ele si masinile virtuale testam reteaua sa vedem daca setarile sunt corecte si daca ea functioneaza, adica daca masina virtuala Win7_1 comunica cu masina virtuala Win7_2 si invers.

Pentru a vedea acest lucrcu accesam Win7_1 si deschidem consola Commander de DOS.

Dam un ping in ip